环境科学中的机器学习方法 神经网络与核方法

环境科学中的机器学习方法神经网络与核

方法

地球/环境科学国外科技新书评介2010年第5期(总第277期)

WilliamW?HsiehUniversityofBritish

Columbia,Canada

MachineLearningMethods

intheEnvironmental

Sciences

2009,349pp.?

Hardcover

ISBN:9780521791922

CMBRIDGE

UNIVERSITYPRESS

环境科学中的

机器学习方法

神经网络与核方法

WilliamW.Hsieh着

机器学习是计算机智能(也叫人工智

能)的一个主要的子领域.它的主要目标

就是利用计算的方法从数据中提取信息.

神经网络方法,一般被认为是机器学习研

究中的第一次突破,它自上世纪80年代以

来开始流行,而核方法是在上世纪90年代

后半期作为机器学习研究的第二波高潮

而到来的.本书对于机器学习方法和它

在环境科学中的应用给出了统一的处理.

机器学习方法进入环境科学是在上

世纪90年代.已经大量地应用于卫星数据的处理,大气环流模型,天气和气象预报,空气质量预报,环境数据的分析和建模,海洋和水文预报,生态建模,以及雪灾冰川和森林监测等领域.

书中第1—3章主要是为学生们而写

的背景性资料,包括在环境科学中应用的标准统计方法.1.主要介绍了概率分布

的基本意义,随机变量的平均值与方差, 分析两变量关系的相关与回归分析方法等基本统计概念;2.回顾了主成份分析的.

14

方法和它的一些变化,以及经典相关分析方法;3.引入了基于时间序列数据的分析方法,如奇异谱分析(SSA),主振荡型分析(POP)等.

第4—12章为那些标准的线性统计方

法提供了有力的非线性转化.4.关于前

馈神经网络模型及其最普遍的代表——多层感知哭模型(MLP模型),介绍了MLP 模型的一些历史发展知识;5.为MLP神经网络模型所需要的非线性优化的内容;6. 探索了几种能够使神经网络模型正确的学习并泛化的方法;7.是关于核方法内容.主要讨论了核方法的数据基础,主要

思想以及它的一些缺点,并介绍了从神经网络到核方法的过渡;8.介绍了处理离散型数据的方法——非线性分类;9.介绍了

两种核方法(支撑微量回归,SVR和高斯

过程,GP)和一种树方法(分类和回归树方

法CART);10.关于非线性主成份分析的

方法及相关的一些研究方法;11.系统地

阐述了MLP和非线性经典相关分析(NL-

CCA)方法,并以热带太平洋气候变异性

数据及它同中纬度气候变异的相关性为

例加以说明;12.给出了大量机器学习方

法在环境科学众多研究领域中的应用实

例如遥感,海洋学,大气科学,水文学及生

态学等.

作者WilliamW.Hsieh是英属哥伦比

亚大学地球与海洋科学系及物理与天文

学系的教授,主持大气科学项目.作者在

环境科学中发展和应用机器学习方法中

所做的先驱性工作在国际上享有很高的

知名度.已在天气变化,机器学习,海洋

学,大气科学和水文学等领域发表论文80

多篇.

本书主要适用于研究生初期阶段或

者高年级的本科生,而且对于那些致力于

国外科技新书评介2010年第5期(第277期)地球/环境科学在各自的研究领域应用这些新方法的研

究者和参与者们也是十分有价值的.

朱立峰,博士后

(中国科学院动物学研究所)

Zhuli~ng,Postdoctoral

(InstituteofZoology,CAS)

LauehlanH.Fraser

TheWorld'SLargest

Wetlands

EcologyandConservation

2009,488pp.

Paperback

ISBN:9780521111362

CAMBRIDGE UNIVERSITYPRESS

世界上最大的湿地

生态与保护

LauchlanH.Fraser等着

在过去的一个世纪中,很大程度上由

于人类活动的加剧,世界上大约50%的湿地遭到了破坏.逐渐上升的人口数量已经导致了湿地面积的明显下降,湿地面积的减少导致了更多的春季洪水,干旱期的可用水减少,水污染的风险在加大,食物产量减少,二氧化碳储存量下降.本书表达了多位首席专家对各类湿地系统的描述和认识的观点.

本书共分13章,1.引言:大而美.主

要介绍了本书与其它一般湿地生态学类书籍的不同,强调了尺度,功能与保护的重要意义;2.西伯利亚泥炭生态系统;3. 亚马逊河流域湿地,本章大部分研究实例来自于亚马逊河的巴西部分,因为巴西占亚马逊河全部流域的67.8%;4.哈德森湾低地:被称为唯一的湿地遗产,本章主要介绍了北美哈德森湾低地中的主要生态过程,地球物理学历史等,还讨论了有关

哈德森弯湿地的保护;5.刚果河流域湿地:综述了刚果河流域的环境历史,气候

与水文,植被,野生生物,人类活动及保护

等内容;6.马肯吉河流域:位于加拿大北

部的马肯吉河流域复杂湿地生态系统是世界上最大,多样性最高的湿地复合体之一

,本章主要研究了这一地区湿地的类型

及分布;7.潘塔奈尔沼泽:潘塔奈尔是热

带稀树大草原湿地,因为生存于其中的野生生物,它被称为世界上最重要的淡水湿地之一,本章主要探讨了本地区的主要生态学过程及生物多样性,并指出了与人类侵占有关的主要问题;8.密西西比冲积平原;9.乍得湖湿地:非洲半干旱气候湿地

的代表,对该地区的相关研究进行了综述;10.尼罗河流域湿地:湿地生态学的缩影;11.北美大草原壶洞区域;12.麦哲伦

荒地:提出了南美泥炭地的主要分布,描

述了其大量的亚类型;13.大湿地系统的

未来:从全球视角指出了影响全世界湿地生存与健康的主要因素,回顾了国际上为保护湿地所做出的努力,指出了湿地存在的经济学价值,对全球气候的影响以及水净化的作用.

本书的编者Faser博士现为汤普森河

大学群落与生态系统生态学加拿大研究主席,是《应用植被科学》(AppliedVegeta- tionScience)和《俄俊俄科学杂志》(Ohio